基于相关波动的boc信号参数盲估计方法
【专利摘要】本发明请求保护一种基于相关波动的BOC信号的伪码周期及其副载波速率盲估计处理方法，属于信号处理【技术领域】。该方法通过波动相关方法在不同相关积分时延下可以做出对BOC信号多个参数的估计。当相关积分时延比较大时，可以对信号的伪码周期进行估计。当相关积分时延比较小时，可以估计出BOC信号的副载波速率参数。该方法收敛速度较快，估计精度较好，克服了谱相关方法非线性运算复杂的问题以及不能估计伪码周期的问题。本方法可以在低信噪比下较准确地估计伪码周期即副载波速率，从而对该信号的后续处理以及细微特征分析具有重要意义。
【专利说明】基于相关波动的BOC信号参数盲估计方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及导航通信信号处理，具体为一种基于相关波动的二进制偏置载波调制(Binary-Offset-Carrier, B0C)信号的伪码周期及其副载波速率盲估计问题。
【背景技术】
[0002]随着卫星导航技术的普及和发展，新一代卫星导航系统中广泛采用了 BOC调制技术，例如最新一代的Galileo和GPS导航系统以及我国的北斗卫星导航系统。根据最新Galileo空间信号接口控制文档，10种Galileo导航信号中就有8种采用了 BOC调制或者改进的BOC调制。与伽利略系统的设计类似，美国的GPS导航系统中新增加的M码军用信号也采用了 BOC调制方式，军用信号与民用信号分离传输，提高了军用信号的安全性。一般的直扩信号的大多数能量都集中在载波频率附近，而BOC信号经过伪码扩频后又与方波副载波进行调制，使得信号呈现裂谱特性，即频谱分布在载波频率两侧，可以有效解决频段共用信号之间的相互干扰。同时BOC信号的自相关函数存在多个副瓣峰值，因此它具有较强的抗多路径效应能力和良好的跟踪性能，并且副瓣峰值的个数与伪码速率和副载波速率的比值有关。
[0003]由于导航频段越来越拥挤，军用信号和民用信号在频谱上需要分离以减小相互干扰，而BOC调制方式可以实现频谱分离的特性，可以有效地解决频段共用信号之间的相互干扰。并且BOC调制良好的自相关特性对于导航用相关特性来测量延时和距离有很重要的意义。正是由于其独特的频谱分裂特性以及自相关多峰特性，使得各国现代化发展中的导航系统中使用BOC调制方式。不仅如此，随着通信频段信号的逐渐拥挤，在未来的移动通信领域，将同样需要用到BOC调制技术。
[0004]综上所述，BOC调制是未来通信中非常重要的一种调制方式，因此对BOC调制信号的研究成为了非常重要的研究课题，对BOC调制直扩信号的研究主要包括副载波速率，伪码速率，伪码周期以及伪码的提取，这对于用于信号解调、信息安全、电子对抗以及对信号进行捕获和跟踪都具有重要作用。
[0005]针对二进制偏置载波调制(Binary-Offset-Carrier, B0C)信号参数估计方法正处在研究阶段，由于BOC信号是在原有的直扩信号基础上，再加上一个二进制副载波(以正弦或余弦信号为参数的符号函数)，使得其扩频波形发生改变，因此这种信号的参数检测和估计变得更复杂困难。目前还没有文献对BOC信号的伪码周期和副载波速率进行有效估计，因此研究BOC信号伪码周期和副载波速率盲估计具有重要的意义。
[0006]目前针对BOC信号的分裂频谱特性及信号的同步和捕获有较多的研究，而对该信号的参数估计研究比较少。文献(张天骐.基于谱相关的BOC调制信号参数估计.华中科技大学学报(自然科学版)，2013，41)公开一种利用了循环平稳信号的谱相关理论对BOC信号进行研究，实现了该信号的参数估计，虽然该方法的估计性能优异，但其计算量较大，不适合实际应用并且该方法未能估计信号的伪码周期。
【发明内容】
[0007]本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术估计信号的伪码周期时计算量大等方面的缺陷，提出一种相关波动的方法，解决BOC信号伪码周期及副载波速率估计的难题，克服了谱相关方法运算复杂的问题，同时利用对多组信号进行波动相关后累加平均降低噪声对伪码周期及副载波速率估计的影响，进而使得相关波动法能在较低信噪比下完成对BOC信号的伪码周期以及副载波速率盲估计。
[0008]本发明利用BOC信号sB (t)是一个平稳过程，如果平稳过程sB(t)是一个周期函数，那么该平稳过程的自相关函数也为周期函数，且两者周期相同；若平稳过程sB(t)含有一个周期分量，那么其自相关函数含有一个相同的周期分量。当自相关积分时间较大时，Vs( τ )可能会在伪码周期整数倍的位置出现尖脉冲，通过检测各个脉冲之间的距离就可以对伪码周期进行估计，且出现的尖脉冲较大，即该方法的伪码周期的估计性能较好。当自相关积分时间较小时，Vs(T)可能会在副载波码片宽度整数倍的位置出现尖脉冲，通过检测第一个脉冲对应的频率就可以对副载波码片宽度进行估计，当在检测副载波码片宽度时，因为Ts较小，其时域处理性能不是很好，因此可通过将时域变换到频率的方法提高估计性能，即对自相关二阶矩进行傅立叶变换。由于Ts较小，因此其傅立叶变换后的频谱中的脉冲幅度会增大，其脉冲间的间隔也会增大，此时傅立叶变换的起到了信号能量聚焦的作用。最后通过谱线的位置可以估计出副载波码片宽度进而估计出副载波速率。
[0009]一种基于波动相关的BOC信号参数估计方法，包括以下步骤:对接收信号按相同的时间长度(该时间长度内包含两个及两个以上的信息码)进行分段；选取较大的自相关积分时间为第一自相关积分时间(一般最优选取信息码时间长度的一到三倍)一个信息码的时间长度作为自相关积分时间)，对每段信号做自相关二阶矩运算；对得到的所有自相关二阶矩进行累加平均；对每次累加平均后的自相关二阶矩进行谱峰搜索，求出相邻谱峰之间的间隔；直到间隔在预定时间内保持稳定，此时获得的间隔即是伪码序列周期Tb ;选取较小的自相关积分时间为第二自相关积分时间(一般最优选取副载波码片时间长度的四到八倍)一个副载波码片的时间长度)，对每段信号做自相关二阶矩运算后，再进行FFT变换；对每次FT变换后的结果进行累加平均；直到经FFT变换所得功率谱中的第一条谱峰的位置在预定时间内保持稳定，则根据第一条谱峰所在位置估计副载波码片宽度Ts，副载波速率为Rs = 1/(2TS)。当自相关积分时间取较大值时，自相关估计的起伏度量Vs( τ )会在伪码周期整数倍的位置出现尖脉冲，通过检测各个脉冲之间的距离对伪码周期进行估计；当自相关积分时间取较小值时，Vs(T)会在副载波码片宽度整数倍的位置出现尖脉冲，通过检测第一个脉冲对应的频率对副载波码片宽度进行估计。根据公式:
【权利要求】
1.一种基于波动相关的BOC信号参数估计方法，其特征在于，包括以下步骤:对接收信号按相同的时间长度进行分段，该时间长度内至少包含两个信息码；选取第一自相关积分时间，对每段信号做自相关二阶矩运算，对得到的所有自相关二阶矩进行累加平均；对每次累加后的自相关二阶矩进行谱峰搜索，求出相邻谱峰之间的间隔，直到间隔在预定时间内保持稳定，此时的间隔即是伪码序列周期Tb;选取第二自相关积分时间，对每段信号做自相关二阶矩运算后，再做傅里叶FFT变换，对每次FFT变换后的结果进行累加平均；直到经FFT变换所得功率谱中的第一条谱峰的位置在预定时间内保持稳定，则根据第一条谱峰所在位置估计出副载波码片宽度Ts，副载波速率为Rs = 1/(2TS)。
2.根据权利要求1所述的估计方法，其特征在于，选取略大于一个信息码的时间长度的时间作为第一自相关积分时间，选取略大于一个副载波码片的时间长度的时间为第二自相关积分时间。
3.根据权利要求1所述的估计方法，其特征在于，当自相关积分时间为第一自相关积分时间时，自相关估计的起伏度量Vs(T)会在伪码周期整数倍的位置出现尖脉冲，通过检测各个脉冲之间的距离对伪码周期进行估计；当自相关积分时间为第二自相关积分时间时，自相关估计的起伏度量Vs(T)会在副载波码片宽度整数倍的位置出现尖脉冲，通过检测第一个脉冲对应的频率对副载波码片宽度进行估计。
4.根据权利要求1-3其中之一所述的估计方法，其特征在于，根据公式:^(r) = ij；".v；(/).v；(/ _rV//对第i段信号做自相关二阶矩运算，获得第i段信号的自相关估计值之M ,最后根据公式〖(⑴^纪祀⑴丨2确定自相关估计的起伏度量，其中，T表
H ?-η示积分时间，τ表示时延，为第i段基带BOC信号，为第i段基带BOC信号的的延时信号，Q表不BOC信号所分的段数。
5.根据权利要求1-3其中之一所述的估计方法,其特征在于，当时延τ=ITb时，对于基带 BOC 信号 Sb ⑴，根据公式 kjlTj = 士 J: ￡ baha? \p(t-nTh)fdt (I = i，2,3...}对每段
/ n-.-f-BOC信号做自相关运算，其中，n，I为自然数，T表示积分时间，τ表示时延，bn，bn+1分别表示n，n+1时刻的信息码幅值，Tb为信息码宽度，Tc为伪码码片宽度且有Tb = MT。，p(t_nTb)表示宽度为Tb的矩形脉冲延时nTb个单位。
6.根据权利要求5所述的估计方法，其特征在于，基带BOC信号为:■%Μ=Σβ?€(卜》ζ)，式中，η是自然数3?是由信息码，伪码以及副载波三者调制得到的，q(t)为宽度为Ts的矩形脉冲。
【文档编号】G01S19/37GK104199064SQ201410464858
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年9月12日 优先权日:2014年9月12日
【发明者】张天骐, 阳锐, 张刚, 高超, 徐昕 申请人:重庆邮电大学